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        WC的添加量對(duì)鐵基結(jié)合劑性能的影響

        2013-04-29 00:44:03肖長(zhǎng)江朱玲艷張恒濤栗正新
        佛山陶瓷 2013年9期
        關(guān)鍵詞:耐磨性力學(xué)性能

        肖長(zhǎng)江 朱玲艷 張恒濤 栗正新

        摘 要:本文在鐵基結(jié)合劑中加入0%、2.5%、5%、7.5%、10%的WC粉,采用熱壓燒結(jié)法制備出不同WC含量的鐵基結(jié)合劑節(jié)塊,并對(duì)鐵基結(jié)合劑節(jié)塊的硬度、抗彎強(qiáng)度和耐磨性進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:隨著WC粉的含量從0%增加到10%,鐵基結(jié)合劑的硬度逐漸增加;抗彎強(qiáng)度與耐磨性也同時(shí)提高。但抗彎強(qiáng)度與耐磨性的提高與WC加入量并非呈簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。

        關(guān)鍵詞:鐵基結(jié)合劑;WC;力學(xué)性能;耐磨性

        1 前言

        近幾年來,許多學(xué)者圍繞著解決高溫下鐵對(duì)金剛石的熱浸蝕、提高結(jié)合劑與金剛石的結(jié)合強(qiáng)度,以及工具的自銳性等方面進(jìn)行了大量研究,取得了不少成果,并成功地用于生產(chǎn)實(shí)踐[1,2]。而提高金剛石工具結(jié)合劑的耐磨性一直是筆者研究的課題,因?yàn)殍F基結(jié)合劑的性能可調(diào),又具有價(jià)格十分便宜的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì),所以深受廣大研究者和應(yīng)用廠商的重視[3,4]。

        一般來說,含鐵40%~60%被稱為鐵基結(jié)合劑。加入一定量的銅、鋅、錫、磷鐵共晶合金等低熔點(diǎn)元素或合金作粘結(jié)相,讓其在燒結(jié)過程中較早熔融,成為液相,使結(jié)合劑具有液相燒結(jié)的一切特征,在較低的溫度下發(fā)生位移、擴(kuò)散、致密化、合金化等一系列燒結(jié)過程中的物理化學(xué)變化,從而得到理想的致密燒結(jié)體。添加少量的高硬度、高熔點(diǎn)的骨架成分,如:鎢、碳化鎢、金屬氧化物等,以提高結(jié)合劑的硬度和耐磨性,并通過調(diào)節(jié)這些成分來調(diào)整性能和適用范圍。

        本文在鐵基結(jié)合劑中加入0%、2.5%、5%、7.5%、10%的WC粉,采用熱壓燒結(jié)法制備出不同WC含量的鐵基結(jié)合劑節(jié)塊,并對(duì)鐵基結(jié)合劑節(jié)塊的硬度、抗彎強(qiáng)度和耐磨性進(jìn)行了測(cè)試。

        2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

        2.1 實(shí)驗(yàn)原料及工藝

        本文以300目的Fe粉、200目的Cu粉、200目的Sn粉、300目的還原Ni粉,以及300目的WC粉為原料。主要是保持Fe和Ni的含量不變,改變Cu-Sn和WC的含量,當(dāng)WC的含量從0%增加到10%,Cu-Sn粉的含量從45%相應(yīng)地減少到35%,其具體的配方如表1所示。

        按照表1中的配方稱量好各種金屬粉末,在球磨機(jī)中混合均勻,然后裝入石墨模具中。由于本實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量抗彎強(qiáng)度和耐磨性,所以需制備兩種不同的試樣:一組做長(zhǎng)方形模具,共做五組,每組三個(gè),試樣規(guī)格為40mm×10mm×10mm,測(cè)其抗彎強(qiáng)度和硬度;另一組做成圓形磨具,試樣規(guī)格為Φ7mm×10mm,測(cè)其耐磨性。采用熱壓燒結(jié)法燒結(jié)試樣,燒結(jié)溫度為760℃、壓力為20MPa,其具體的燒結(jié)工藝如表2所示。

        2.2 性能表征

        本文中的抗彎強(qiáng)度采用三點(diǎn)彎曲法在Instron5585型材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試;硬度在HR-50A型洛氏硬度計(jì)上進(jìn)行測(cè)試,耐磨性在立式萬能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試。

        3 結(jié)果分析與討論

        不同含量的WC粉和Cu-Sn粉對(duì)樣品性能的影響如圖1、圖2所示。

        由圖1可知,隨著WC含量的增加,以及Cu-Sn粉含量的減少,樣品的硬度一直增加。當(dāng)WC含量從0%增加到10%時(shí),樣品的硬度從83.3增加到98.3。由圖2可知,隨著WC含量的增加和Cu-Sn粉的含量減少,樣品的抗彎強(qiáng)度的變化趨勢(shì)呈現(xiàn)出增加再減少再增加的趨勢(shì)。但總的來說,加入WC含量后,樣品的抗彎強(qiáng)度都增加了,從WC含量0%時(shí)的563.3MPa增加到10%時(shí)的622.3MPa。WC可以提高結(jié)合劑的硬度和耐磨性。在鐵基結(jié)合劑中,WC就是骨架金屬。由于WC是高硬度、高熔點(diǎn)的骨架成分,加入后能提高結(jié)合劑的硬度和抗彎強(qiáng)度。

        不同WC和Cu-Sn粉的含量的樣品的耐磨性測(cè)試數(shù)據(jù)如表3所示。

        從表3可以看出,隨WC加入量的增加,耐磨性先變好再變差。在本試驗(yàn)條件下,當(dāng)WC的加入量為0%時(shí),磨損率最大,為0.0227%,耐磨性最差;當(dāng)WC加入量為5%時(shí),鐵基結(jié)合劑的磨損率最小,為0.0075%,耐磨性最好。

        4 結(jié)論

        WC的加入提高了鐵基結(jié)合劑的硬度、抗彎強(qiáng)度與耐磨性。隨著WC加入量的增加,鐵基結(jié)合劑的硬度逐漸增加。但抗彎強(qiáng)度與耐磨性的提高與WC加入量并非呈簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 王雙喜,劉雪敬,耿彪.金屬結(jié)合劑金剛石磨具的研究進(jìn)展[J].金剛石與磨料磨具工程,2006,4(12):71.

        [2] 司衛(wèi)征,袁慧,張鳳林.金屬基體金剛石工具結(jié)合劑中添加合金元素的研究進(jìn)展[J].超硬材料工程,2007,19(1):31.

        [3] Hu J, Chou Y K, Thompson R G.. Cohesive zone effects on coating failure evaluations of diamond-coated tools[J].Surface & Coatings Technology, 2008, 203 :730.

        [4] 彭凱,尹育航,陶洪亮.金屬結(jié)合劑金剛石工具胎體耐磨性隨燒結(jié)溫度變化的研究[J].超硬材料工程,2011, 23(4):5.

        [5] 肖長(zhǎng)江, 趙延軍,尚秋元.燒結(jié)工藝對(duì)鐵基結(jié)合劑金剛石節(jié)塊力學(xué)性能的影響[J].硅酸鹽通報(bào),2011,30(5) : 1068.

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